JPS63280046A - ４‐アミノフエノール製造用の改良水素化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ニトロベンゼンを接触水素化してフェニルヒ
ドロキシラミンとし、続いて、中間生成物を単離するこ
となく転位させて　ｐ−アミノフェノールとすることに
よる、ニトロベンゼンよりの４−アミノフェノール（ｐ
−アミノフェノール；ＰＡＰ）の製造方法に関するもの
であり、より特定的には、選択性と水素化速度とを改良
することによる反応効率の改良に関するものである。

本発明は、ニトロベンゼンより　４−アミノフェノール
（ｐ−アミノフェノール：ＰＡＰ）を製造する公知の工
程の、改良された、より費用効率の高い（ｃｏｓｔ　ｅ
ｆｆｉｃｉｅｎｔ）実施方法を包含する。

ＰＡＰ　はアセタミノ７エン（ＡＰＡＰ％ｐ−アセタミ
ノフェノール、Ｎ−アセチル　ｐ−アミノフェノール、
バラセタモル（ｐａｒａｃｅｔａｍｏｌ）　、Ｎ−（４
−ヒドロキシフェニル）−アセタミド）の製造における
中間体として用いられ、したがって、費用を軽減させる
いかなる工程改良も商業的に有意義である。

本発明は特に、シュピーダラー（Ｓｐｉｅｇｌｅｒ）の
米国特許第２，７６５，３４２号およびベンナー（Ｂｅ
ｎｎｅｒ）の米国特許第３，３８３．４１６号に記載さ
れた型の方法を利用する（これらの特許は本件明細書に
引用して組み入れられている）。

ベンナーの上記特許はまず、種々の米国特許、たとえば
米国特許第２，１９８，２４９号および第２．７６５．
３４２号に示唆されている、ニトロベンゼンの接触水素
化により　ｐ−アミノフェノールを製造する従前より公
知の技術を論じ、ついで、約６０ないし１２０℃の温度
の反応帯域において、約５ないし２０重量％の水性硫酸
と白金、パラジウムおよびそれらの混合物よりなるグル
ープから選択した金属含有触媒との存在下に、水素によ
りニトロベンゼンを還元し、触媒を含有するニトロベン
ゼン層から水層を分離すること′よりなる　ｐ−アミ／
フェノールの製造方法の開示に進んでいる。この方法に
おいてニトロベンゼンの還元は、反応生成物の混合物の
収得が完了するのに先立って、この混合物が十分な量の
未反応のニトロベンゼンを含有して、けん濁した形状の
触媒を含有するニトロベンゼンの不溶解層と、これから
分離した　ｐ−アミノフェノールを含有する水層を形成
するために中断される。

上記のベンナー特許は操作可能な、かつ、好ましい反応
剤、装置、および反応条件、たとえば触媒、反応温度、
反応圧、反応混合物に必要な撹拌、水和剤等の、妥当な
還元（水素化）時間内に妥当な　ｐ−アミノフェノール
の収量を得るのに必要な詳細を与える。

ベンナー特許の特定の実施例は回分法のものであるが、
連続法を基準にした工程の操作法も議論されている。こ
の発明は回分法でも連続性基準でも操作することができ
る。

セイス（Ｓａｔｈｅ）の米国特許第４．１７６．１３８
号は、ジメチルドデシルアミン硫酸塩を含有する酸性反
応媒体中でのニトロベンゼンの接触水素化による、副生
成物としてのアニリンを伴う　ｐ−アミノフェノールの
製造方法を示唆している。

ベンナー特許により得られる　ｐ−アミンフェノールは
粗　ｐ−アミノフェノールである。米国特許第４．１３
７，５６２号および第３．３６４，５００号は、ＡＰＡ
Ｐ　（アセタミノフェン）の製造に使用する粗ｐ−アミ
ノフェノール（ＰＡＰ）の精製に用いる方法を示唆して
いる。

ベンナーの上記米国特許第３，３８３，４１６号の４−
アミノフェノール製造方法が、先行技術の約０．１また
はそれ以下の値に対して０．２またはそれ以上という性
能指数（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　１ｎｄｅｘ）　　［
反応体積１リットルあたりに毎分製造される４−アミノ
フェノールのグラム数（ｇＰＡＰ）で表される］の大幅
な改良を達成しながら、より速い反応速度で実施し得る
ことがここに見いだされた。この、より高い性能指数は
流通量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）を増加させ、ひいては
必要投下資本と最終生産コストとを減少させる。速度が
このように増加しても、選択性の損失はなく、実際には
選択性が増加している。すなわち、（シュピーダラーの
米国特許第２．７６５；３４２号の示唆とは対照的に）
生成物の副生物に対する比率が改善されている。本発明
の好ましい具体例において、水素化速度の増加は、水性
硫酸を過酸化水素溶液で前処理して触媒毒を破壊し、つ
いで、１ガロンあたり少なくとも０．Ｏ１馬力の入力で
、羽根車の中心から測定しだ液深の約４０−６０％の位
置に配置したタービン羽根車を用いて反応混合物を激し
く撹拌しながら、反応器の蒸気空間部分に水素を導入す
るすることにより得られる。上記の撹拌機の設計および
諸条件と組み合わせた過酸化水素前処理硫酸の使用は、
最適な生成物対副生物比率を変えることなく得られる高
い性能指数と同様に、この型の　ＰＡＰ　製造工程にと
っては新規事項であると考えられる。

試薬： 本発明記載の、ニトロベンゼンの接触水素化とそれに続
く、生成したフェニルヒドロキシラミンのパンバーガー
転位とによる４−アミノフェノールの製造方法を実施す
るに際しては、硫酸およびニトロベンゼン出発原料の双
方とも、触媒毒を含有していてはならない。

高品質の市販グレードの硫酸を使用した場合にも問題が
生ずる可能性があり、たとえばデュポン社の電解質グレ
ード（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｇｒａｄｅ）　　（低
鉄分）の９３％硫酸を用いても触媒の完全な失活が起こ
り得、大量の窒素吹込みを行っても反応速度が０になり
得る。この挙動は、ベーカー化学社（Ｂａｋｅｒ　Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ）製の種々のロフトの９
６％分析試薬グレード硫酸を用いても、種々の程度で観
測される。

使用に先立って硫酸を過酸化水素で処理した場合には、
上記の市販品の酸（デュポン社の電解質グレード）であ
っても優れた結果が得られることが見いだされた。この
硫酸からの触媒毒除去方法は以下のようにして実行する
。少量の、たとえば約１．０重量％の過酸化水素溶液（
３０％溶液が好ましいが、他の強度のものも使用し得る
）を硫酸に添加し、ついで十分な保持期間（ｈｏｌｄ　
ｐｅｒｉｏｄ）、すなわち、気体の発泡が止んで硫酸の
色が水様の透明になるまでこれを撹拌して触媒毒を除去
する。

使用する過酸化水素の正確な量および強度は厳密ではな
く、所望ならば変えることができる。二酸化硫黄または
他の可能性のある触媒毒の完全な分解に要する処理時間
の正確な長さは、使用する硫酸のグレードに応じて変わ
るであろう。過酸化水素が消費されるにつれて酸素ガス
が発生し、気体の発生が止み、酸の黄色が減少して水様
の透明な溶液となり、硫酸を本発明記載の方法に使用し
得るようになるまでに、通常は２ないし４時間が必要で
ある。

チオフェンおよび他の硫黄含有化合物を含有しない、高
品質の市販グレードのニトロベンゼンを用いれば、本発
明記載の方法において優れた結果が得られる。

反応を成功させるには、効果的な界面活性剤も決定的に
重要である。シュビーダラー特許およびペンナー特許は
いずれも使用し得る種々の水和剤、たとえば第４級アン
モニウム化合物を列記している。セイスの米国特許第４
．１７６．１３８号は、ここで良好に作用するドデシル
ジメチルアミン硫酸塩の使用を示唆している。エト硫酸
Ｎ−セチル−Ｎ−二チルーモルホリニウム水溶液である
ロンザ・パルカット（Ｌｏｎｚａ　Ｂａｒｕｑｕａｔ）
　ＣＭ　Ｅ−３５％、およびウィトウコ・エムコル（Ｗ
ｉｔｃｏ　Ｅｍｃｏｌ）　ＣＣ−５５【酢酸ポリプロポ
キシ第４級アンモニウム１も試験して、本発明記載の方
法において良好な結果を得ている。

本発明の目的に使用し得る触媒は活性炭担持白金触媒で
ある。たとえばエンゲルハルト工業社（Ｅｎｇｅｌｈａ
ｒｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）より　ＣＰ−８６として
市販されている、１グラムあたり８５０平方メートルの
表面積および９０％の粒子が２５ミクロンより小さく　
　１０％が５ミクロンより小さいメツシュサイズ、なら
びに１０ミクロンの平均サイズを有する活性炭担体に５
％の白金を担持させた乾燥パック（ｄｒｙ　ｐａｃｋ）
触媒の使用が好ましく、これは良好に作動する。

上記の各試薬を用いて、以下の実施例１に記載した方法
に従って興醒的な実験を行った。実施例１の反応を行っ
た装置は第１図に開示しである。

第１図は本発明記載の水素化（還元）方法を実施するた
めに用いる反応器１および撹拌機の構成図である。反応
器１は、加熱マントル？、上吊り（ｏｖｅｒｈｅａｄ）
機械撹拌モータ一本撹拌モーター３を制御し、かつ、速
度とトルクとを指示する制御器払を装備した５リットル
の、三つ首、邪魔板４個付きの（ｆｏｕｒ−ｂａｆ　ｆ
　１ｅｄ）の丸底フラスコ（すなわちモートン（Ｍｏｒ
ｔｏｎ）フラスコ）である。撹拌モーター塁は、弯曲ブ
レード羽根車旦を下端に有する撹拌機４を駆動する。気
体供給用、すなわち水素ガスまたは窒素ガスを三つ首フ
ラスコの一つの首に導く導入口０がある。

フラスコの他の首は温？＋−ｚおよび、排気口と水柱（
曹ａｔｅｒ　ｃｏｌｕｍｎ）とにつながる凝縮器８を有
する。４個の邪魔板す（うち１個は示されていない）は
、より大きな擾乱を与え、内容物を撹拌した場合に混合
を促進するための、モートン型のフラスコの周囲に等間
隔に位置する、刻み目付きのもの（１ｎｄｅｎｔａｔｉ
ｏｎｓ）である。

羽根車５の配置はその中点Ｕより測定する。

このフラスコには液体空間用と蒸気空間長とがある。第
１図において、Ｈは液深であり、Ｄは羽根車の内径であ
り、Ｗは羽根車の幅であり、２　は羽根車より下の深さ
である。

加熱マントル、弯曲ブレード羽根車を駆動する上吊り機
械撹拌モーター［この撹拌モーターは、速度とトルクと
の指示手段および制御手段の双方を有する制御器により
制御される］ならびに蒸気空間への気体供給用の導入口
を装備した、内容５リットルの、三つ首、邪魔板４個付
きの丸底フラスコ（水素化器）（第１図）に、２０°Ｃ
ないし２３℃の初期温度で１７００　ｍａの脱イオン水
を装入する。ついで、過酸化水素で前処理した９３％硫
酸２１７　ｇ　（上記の製品）を、穏やかに撹拌しなが
ら、系に添加する。この酸の添加はかなり強い発熱を伴
い、溶液の温度を３６°Ｃないし３８℃に上昇させる。

これが、系を所望の反応温度、９４°Ｃに加熱するため
の幸便な出発点となる。酸の溶解熱をこの昇温開始に利
用することが、時間および電力消費の節約につながる。

バリアツク（ｖａｒｉａｃ）を８０Ｖにセットすること
により適当な速度の加熱が得られる。ついで、系列の最
初の試行の！こめに２７１　ｇのニトロベンゼンを添加
する。ニトロベンゼンの添加は通常、系の温度を約ｌ′
Ｃ低下させる。再循環触媒を用いる系列の試行において
は、４０−５０　ｇのニトロベンゼンを触媒とともに再
循環させることにより取扱いを容易にし、新しいニトロ
ベンゼンの装入量を減少させ得るであろう、　２．２５
　ｍＱのドデシルジメチルアミンまたは他の界面活性剤
を添加し、系を閉鎖する。この時点で約１００　ｍ０１
分の流速の窒素パージを開始して、酸素および全ての痕
跡量の揮発性触媒毒を系より除去する。排気ロバブラー
（ｇＢ５６ｚｉｔｂｕｂｂｌｅｒ）の１２インチの水柱
により一定の正圧（ｐｏｓｉｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅ
）を維持する。これは、大気圧より約２６ｍｍＨｇ高い
、妥当な正圧と等価である。

撹拌速度を７００　ｒｐｍまたはそれ以上に増加させ、
窒素パージを継続する。極端に激しい撹拌が極めて重要
である。入力はトルクと速度との読みより計算した。１
ガロンあたり　０．０１馬力、またはそれ以上の所望の
入力を達成するために速度の調節を行った。５インチの
羽根車に対しては７００ｒｐｍの速度が０．０２２５の
入力になる（表■を参照）。撹拌機の深さが、いま一つ
の決定的なパラメータである。ある入力に対して、最大
の気−液界面面積は、撹拌機の深さが液深の５０％に等
しい場合に生ずる。

実用上の目的には、反応速度は入力と撹拌機の位置とに
直接的に比例する。反応器内の酸素を全て置き換えるの
に十分な時間、たとえば１０分間初期の窒素パージを維
持したのち、１．４０　ｇの乾燥パックした５％活性炭
担持白金触媒を水中通過窒素流（ｅｍｅｒｇｉｎｘｇ　
ｓｔｒｅａｍ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ）を通じて添加
し、２５　ｍＱの脱イオン水で洗浄し、系を再び密封し
、系内の酸素の不存在が確実になるまでの時間、たとえ
ばさらに１０分間、１００　ｒｔｒＱ／分の窒素パージ
を継続する。各試薬が系に装入されている間、温度は、
９０℃を超えないことを確認するために、注意深く監視
しなければならない。

この温度を維持するために、必要ならば加熱バリアツク
をこの点より下に調節すべきである。

窒素パージが完了したのち、水素ガスの添加を開始する
。初期の必要量は５００　ｍ０１分に達することもあり
得るので、気体供給源はこの流速においても系を常に正
圧に維持し得るものでなければならない。系に部分的な
真空を発生させ、反応器に空気を吸い戻させると、大爆
発が起こり得る。この水素化は発熱反応であり、反応を
開始させると穏やかな発熱が起こって、系の温度を約４
°Ｃ上昇させる。この反応を転化率７５−８５％まで進
行させ［これは水素の吸収量により示される］て、触媒
を未反応のニトロベンゼンにより十分に濡れた状態に留
めておく。［先行技術のベンナーの米国特許第３．３８
３．４１６号またはセイスの米国特許第４，１７６．１
３８号においては、この段階は５−７時間を要するであ
ろう。本件においては２−３時間で達成される。］ 水素化反応を停止させるためには、最終的な窒素パージ
を用いる。最初は、系を正圧に維持するために５００　
ｍｎ１分までの窒素が必要であり得る。

この流量を１００　ｍ０１分まで徐々に減少させて、撹
拌を停止する。温度を約８５℃に維持するため、必要に
応じてバリアツクの設定点を増大させる。

窒素下で水層［粗４−アミノフェノール（ＰＡＰ）を含
有する］を、底部にバルブを有する３リットルのジャケ
ット付きフラスコ（デカンタ−）にポンプ移送する。反
応器ジャケットを８０°Ｃの循環浴（ｃｉｒｃｕｌａｔ
ｉｎｇ　ｂａｔｈ）に吊す。反応混合物を空気にさらす
と迅速に着色するので、この処理工程を通じて窒素雰囲
気を維持する。

［以下に記述する精製工程は新規であり、同日に提出し
た同時係属中の米国特許出願代理人ドケットＮＯＲ２の
主題であるが、本発明の工程のよりよい理解のために本
件明細書にも取り入れる。］ 液体アンモニアを用いて水層のｐＨを４．６−４．８に
調節する。通常は約８０　ｗｒＱ　（５４ｇ）が必要で
ある。ついで、３００　ｍＱ　（２６０−１ｇ）のトル
エンで４−７回抽出して溶解している不純物、たとえば
アニリン、ニトロベンゼンおよびオキシジアニリン（Ｏ
Ｄ　Ａ）を除去する。不純物が有機層に抽出されるにつ
れてｐＨが低下する傾向があるので、ｐＨは抽出の進行
と並行して調節しなければならない。抽出サイクルが完
了したのち、２８．６ｇのアンダーソン（Ａｎｄｅｒｓ
ｏｎ）　Ａ　Ｘ−１活性炭を装入する。この物質は取扱
い特性を改良するために６５％の濡れ（水による）を有
しているので、正味重量１０．０　ｇを使用したことに
なる。ここで、脱色用に５．０ｇの亜ニチオン酸ナトリ
ウムをも装入する。上記の活性炭を１２．５　ｃｍの標
準ブフナー濾過器で、ワットマン＃３濾紙を用いて濾過
して除去する。この活性炭ケーキを１００　ｇずつの熱
脱イオン水で２回洗浄し、廃棄する。濾液と洗浄液とを
フラスコに戻す。反応混合物上に窒素雰囲気を再形成し
たのち１．液体アンモニアを用いてｐＨを７．２に調節
する。通常は約３０　ｍＱ（２０，２ｇ）を必要とする
。１．５−２時間かけて系を０℃まで徐々に冷却し、つ
いで１時間、この温度に保つ。この間、ｐＨは７．２に
維持する。

真空濾過により　４−アミノフェノールを単離し、２０
０ｇずつの１％亜ニチオン酸ナトリウム冷溶液で２回洗
浄し、フリット（ｆｒｉｔ）上で乾燥するまで数分間吸
引する。この物質を５０℃で一晩真空乾燥したが、この
時点でアセチル化してＡＰＡＰ　　を製造することもで
きる。乾燥した４−アミノフェノールは白色で重量１３
９ｇであった。

ＨＰＬＣ法により分析した４−アミノフェノールの純度
は９９％を超えていた。これは、反応したニトロベンゼ
ンを基準にして６８％の単離収率に相当する。触媒を含
有する未反応のニトロベンゼンは再循環させることがで
きる。

実施例２−４−特定の回分型実施例 上記実施例１に記載した一般法を用いて幾つかの実験を
行ったが、ｌまたは２以上の反応条件を下の表１−羽根
車の設計および入力の計算に示したように変更して、こ
の表に示した結果を得た。

も　　も 八　　八 〜ｒ　　　℃ も　＠Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　Σ　　ＫＫ八　　へ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　Ω４　　八　　へ！　　
！　　　　　　　　　　　　　　♂　　　　　　　　匡
　　七　　七屯 全 参ム へ八さ セエＯ袂 表１の第２カラムの“略号”は第１カラムの事項の略号
であり、第１図の構成図に示されている用語でもある。

右方のカラムには種々の羽根車サイズ、配置および速度
の使用を示す３種の実施例２．３および４がある。羽根
車の相対的配置もパラメータにより示しである。表１に
おいて、実施例２は入力および羽根車の深さに関する限
り、先行技術の条件の代表例であり、一方、実施例３お
よび４は本発明の結果である。

実施例５一連続操作 連続操作においては、水素化反応器に上記の実施例１と
同様にして負荷し、反応を開始させ、所望の添加率が達
成されるまで進行させる。この反応混合物をデカンタ−
に連続的に汲み出し、一方反応剤を上記の実施例１の比
率で連続的に汲み入れる。触媒を含有する未反応のニト
ロベンゼンはデカンタ−の底部で分離され、水素化反応
器に連続的に汲み戻される。所望量の、すなわち実施例
１のバッチ試行と同等の水層体積の水性反応混合物がデ
カンタ−に集められたのち、水素化反応器に窒素を導入
し、全てのポンプを停止させて、−この反応を中断する
ことができる。ついで、デカンタ−内の反応混合物を実
施例１と同様にして処理することができる。

本発明の主なる特徴および態様は以下のとおりである。

１、硫酸を過酸化水素で前処理することよりなる改良を
特徴とする、硫酸溶媒中での水素および水素化触媒を用
いるニトロベンゼンの還元による４−アミノフェノール
の合成方法。

２、発泡が止むまで過酸化水素を硫酸と混合することを
特徴とする上記の第１項記載の方法。

３、過酸化水素を硫酸の約１重量％の量で硫酸に添加す
ることを特徴とする上記の第１項記載の方法。

４、過酸化水素が３０％溶液であることを特徴とする上
記の第１項記載の方法。

５、硫酸が水様の透明になるまで過酸化水素を硫酸と混
合することを特徴とする上記の第１項記載の方法。

６．過酸化水素がデュポン電解質グレード過酸化水素で
あることを特徴とする上記の第１項記載の方法。

７、ニトロベンゼンの還元を９５±ｉｏ’ｏの高温で行
うことを特徴とする上記の第１項記載の方法。

８、還元反応混合物が約５−１５重量％の硫酸であるこ
とを特徴とする上記の第１項記載の方法。

９、還元をバッチ操作で行うことを特徴とする上記の第
１項記載の方法。

ｌＯ１還元を連続操作で行うことを特徴とする上記の第
１項記載の方法。

１１、還元反応混合物を激しく撹拌することにより、還
元反応に関し、反応体積１リットルあたりに毎分製造さ
れる４−アミノフェノールのグラム数で表して０．２ま
たはそれ以上の性能指数を達成することよりなる改良を
特徴とする、硫酸溶媒中における水素と水素化触媒とを
用いるニトロベンゼンの還元による４−アミノフェノー
ルの合成方法。

１２、反応混合物を１ガロンあたり少なくとも０、Ｏ１
馬力の入力で激しく撹拌することを特徴とする上記の第
１１項記載の方法。

１３、反応を反応帯域中の液深の約４０−６０％の位置
に配置したタービン羽根車と適合する反応器内で行うこ
とを特徴とする上記の第１１項記載−の方法。

１４、上記の羽根車を液深の約５０％の位置に配置する
ことを特徴とする上記の第１３項記載の方法。

１５、上記の硫酸を過酸化水素で前処理しておくことを
特徴とする上記の第１１項記載の方法。

１６、発泡が止むまで過酸化水素を硫酸と混合すること
を特徴とする上記の第１５項記載の方法。

１７、ニトロベンゼンの還元を９５±１０’Ｃの高温で
行うことを特徴とする上記の第１１項記載の方法。

１８、反応帯域内に蒸気空間と下方の液体空間との双方
が存在するように完全には満たされてぃない反応帯域内
で反応を実行することを特徴とする上記の第１１項記載
の方法。

、１９．水素を反応帯域の蒸気空間に導入することを特
徴とする上記の第１８項記載の方法。

２０、入力が１ガロンあたり約０．０２２５馬力である
ことを特徴とする上記の第１１項記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明記載の水素化方法を実施するために用い
る反応器および撹拌機の構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硫酸を過酸化水素で前処理することよりなる改良を
   特徴とする、硫酸溶媒中での水素および水素化触媒を用
   いるニトロベンゼンの還元による４−アミノフェノール
   の合成方法。 ２、還元反応混合物を激しく撹拌することにより、還元
   反応に関し、反応体積１リットルあたりに毎分製造され
   る４−アミノフェノールのグラム数で表して０．２また
   はそれ以上の性能指数を達成することよりなる改良を特
   徴とする、硫酸溶媒中における水素と水素化触媒とを用
   いるニトロベンゼンの還元による４−アミノフェノール
   の合成方法。